JP2013154526A

JP2013154526A - 電動式射出成形機の駆動装置

Info

Publication number: JP2013154526A
Application number: JP2012016381A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Ikeyama; 周市池山; Seishi Ochi; 清史越智; Akira Morii; 彰盛井
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 2012-01-30
Filing date: 2012-01-30
Publication date: 2013-08-15

Abstract

【課題】スプライン機構がなくコンパクトで、安価なグリスで潤滑できる電動式射出成形機の駆動装置を提供する。
【解決手段】スクリュの軸部（Ｓ）に、可塑化用サーボモータの出力軸（１０）と射出用サーボモータの出力軸（３０）とを軸方向に整合させる。可塑化用サーボモータのステータ（３）はモータケーシング（５）の内周面に、ロータ（４）は出力軸（１０）の外周面にそれぞれ取り付ける。モータケーシング（５）はスライド部材（６、６）とガイド棒（７、７）とにより回転を規制した状態で軸方向に移動自在にする。射出用サーボモータのステータ（２３）は、固定的なモータケーシング（２５）の内周面に、ロータ（２４）は出力軸であるボールナット（３１）の外周面にそれぞれ取り付ける。ボールナット（３１）は、モータケーシング（２５）の内部に収まって軸方向にコンパクトになっている。ボールネジ（３２）の一部は、成形サイクル毎にサーボモータの外部へ出るので冷却される。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動式射出成形機の駆動装置に関するもので、さらに具体的にはスクリュを回転方向に駆動する可塑化用電動サーボモータと、スクリュを軸方向に駆動する射出用電動サーボモータとを備えた電動式射出成形機のスクリュの駆動装置に関するものである。

電動式射出成形機は、従来周知で、概略的には射出装置と型締装置とから構成されている。射出装置は、シリンダバレル、このシリンダバレル内で回転方向と軸方向とに駆動可能に設けられているスクリュ等から構成され、スクリュは可塑化用と射出用の両電動サーボモータで駆動されるようになっている。そして、型締装置は可動盤を固定盤に型締め方向あるいは型開き方向に駆動するトグル機構から構成され、このトグル機構も電動サーボモータで駆動されるようになっている。したがって、可塑化用電動サーボモータによりスクリュを回転駆動してペレット状の射出材料を計量し、型締め用の電動サーボモータによりトグル機構を駆動して可動金型を固定金型に対して型締し、そして射出用電動サーボモータによりスクリュを軸方向に駆動して型締された金型に射出・充填し、冷却固化を待って可動金型を開くと成形品を得ることができる。

上記のように、スクリュを回転方向に駆動する可塑化用電動サーボモータの出力軸と、スクリュ本体から延びているスクリュの軸部は、一般に軸方向に整合していない。すなわち、両軸間には距離がある。そこで、可塑化用電動サーボモータの出力軸とスクリュの軸部との間には、回転方向の動力伝達手段として歯車装置あるいはベルト装置が設けられている。また、射出用電動サーボモータとスクリュの軸部との間には、同様なベルト装置の他に、回転方向を軸方向に変換する手段としてボールネジ機構が設けられている。

ところで、上記の従来の歯車装置あるいはベルト装置およびボールネジ機構によってもスクリュを所定方向に駆動することはできるが、駆動装置の部品数が多く大型化する、騒音を発する、ベルトの張力による偏加重が作用する、等の欠点がある。そこで、スクリュの軸部とサーボモータの出力軸とが軸線上に整合した、いわゆるダイレクトドライブ方式の電動式射出成形機の駆動装置が、例えば特許文献１等により色々提案されている。

再公表２００５−００２８２８号

特許文献１に記載の駆動装置は、図２に示されているように、スクリュの軸部５０と同心的に配置されている計量用モータ６０と射出用モータ７０とを備えている。計量用モータ６０は、円筒状の出力軸６１に固定されているロータ６２と、枠体６３に対して固定的に設けられているステータ６４とからなっている。出力軸６１の後端部には、雌スプラインが形成されているスプラインナット６５が取り付けられている。一方、出力軸６１の内側には同心的にベアリングケース６６が設けられ、このベアリングケース６６の外周部には、スプラインナット６５の雌スプラインと噛合う雄スプライン６７が形成され、底部６８にはスクリュの軸部５０が取り付けられている。したがって、ロータ６２が回転すると出力軸６１が回転し、出力軸６１とスプライン結合されているベアリングケース６６が回転駆動される。これにより、スクリュが回転方向すなわち計量方向に駆動される。

射出用モータ７０も、円筒状の出力軸７１に固定されているロータ７２と、筺体７３に固定されているステータ７４とからなっている。筺体７３したがってステータ７４は、ロードセル７５を介して枠体６３に固定されている。出力軸７１の内部には、雌スプラインが形成されている係止部７６が固定的に取り付けられ、この係止部７６の雌スプラインにスプライン軸７７の雄スプラインが噛み合っている。スプライン軸７７は、前方へ延びてボールネジ８０に一体的に連なっている。ボールネジ８０の先端部はベアリングケース６６の軸受８１により軸受けされ、このボールネジ８０に螺合しているボールナット８２はロードセル７５を介して枠体６３に回転不能に固定されている。したがって、ロータ７２が回転すると係止部７６が回転し、この雌スプラインと噛み合っているスプライン軸７７、それ故ボールネジ８０が回転駆動される。ボールナット８２は固定されているので、ボールネジ８０の方が軸方向すなわち射出方向に駆動される。これにより、スクリュの軸部５０はベアリングケース６６および底部６８を介して軸方向に駆動される。

特許文献１の図１に記載の駆動装置は、上記のようにスクリュの軸部５０に整合して可塑化用モータ６０と射出用モータ７０とが同一軸線上に設けられるので、ベルトあるいは歯車電動装置に比較すると、全体として部品数は少なくなりコンパクトになっている。また、可塑化用モータ６０と射出用モータ７０とを適宜駆動することにより、前述したようにして成形品を得ることはできるので、成形品を得るという点においては格別に問題はない。しかしながら、駆動装置としてみると改良の余地あるいは問題点が認められる。例えば、ボールナット８２は可塑化用モータ６０と射出用モータ７０との間に設けられているので、駆動装置が軸方向に長くなっている。また、射出用の駆動部は、ボールナット８２の他に雌スプラインを有する係止部７６、スプライン軸７７等を格別に必要とし部品数が多くなっている。特に、係止部７６の雌スプラインと、この雌スプラインと噛合しているスプライン軸７７の雄スプラインとからなるスプライン機構は、ロータ７２の内側に位置しているが、ロータ７２の内側は換気性が悪く高温になるので、スプライン機構の潤滑には耐熱性の高価なグリスを必要とし、コスト高になるという欠点がある。また、スプライン軸は加工コストが高くなるという問題もある。もっとも、特許文献１の図２に記載の発明は、射出用の駆動部の慣性モーメントを小さくしようとするもので、そのためにロータ７２の内側にはスプライン機構は設けられていないが、可塑化用の駆動部の、スプラインナット６５の雌スプラインとベアリングケース６６の雄スプラインとよりなるスプライン機構は、ロータ６２の内側に設けられているので、潤滑用のグリスの問題、スプライン機構の製作コストの問題等の、同様な問題は抱えている。また、ボールナット８２は可塑化用モータ６０と射出用モータ７０との間に設けられているので、駆動装置の軸方向の長さは長くなっている。

したがって、本発明は、部品数が少なくてコンパクトで安価であり、そして低コストで成形できる電動式射出成形機の駆動装置を提供することを目的としている。

本発明は上記目的を達成するために、可塑化用電動サーボモータからなる駆動部にも、射出用電動サーボモータからなる駆動部にも、スプライン機構を必要としないように構成される。すなわち、可塑化用電動サーボモータのステータは、モータケーシングに取り付けられ、該ステータと対をなすロータは出力軸に設けられる。そして、スクリュの軸方向の移動は、望ましくはケーシングの外部に位置するガイド棒により案内されるように構成される。また、射出用電動サーボモータは、モータケーシングに固定的に設けられているステータと、該ステータと対をなすロータとから構成されるが、ロータは出力軸をなしているボールナットに取り付けられる。

すなわち、請求項１に記載の発明は、前記目的を達成するために、可塑化用電動サーボモータと射出用電動サーボモータとを備え、これらのモータのロータからなる出力軸が電動射出成形機のスクリュ軸に、軸方向に直列的に整合して機械的に接続され、前記可塑化用電動サーボモータのロータにより前記出力軸が回転駆動されると、前記スクリュ軸が回転駆動され、前記射出用電動サーボモータのロータにより前記出力軸が回転駆動されると、ボールネジと該ボールネジに螺合しているボールナットとからなる運動方向変換手段により、前記スクリュ軸が軸方向に駆動されるようになっている駆動装置であって、前記射出用電動サーボモータは、固定的な枠体に取り付けられているステータと、該ステータと対をなして前記ステータに対して回転自在に設けられているロータとからなり、前記運動方向変換手段のボールナットは、前記ロータの内周部に取り付けられている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の駆動装置において、前記可塑化用電動サーボモータは、可塑化用のモータケーシング内に取り付けられているステータと、該ステータと対をなして前記ステータに対して回転自在に設けられているロータとからなり、前記可塑化用のモータケーシングは、該ケーシングの外部に位置する前記枠体に回転方向に規制された状態で軸方向に移動可能に設けられていると共に、前記出力軸は前記スクリュ軸に機械的に接続されるように構成され、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の駆動装置において、前記可塑化用のモータケーシングの外周部には円周方向に所定の間隔をおいて複数個のスライド部材が設けられ、該スライド部材が前記枠体に取り付けられている複数本のガイド棒のそれぞれに挿通されて軸方向に案内されるように構成される。

以上のように、本発明による電動式射出成形機の駆動装置は、可塑化用電動サーボモータと射出用電動サーボモータのロータからなる出力軸が電動射出成形機のスクリュ軸に、軸方向に直列的に整合して機械的に接続されているので、部品数が少なくてコンパクトになっている。そして、本発明によると、運動方向変換手段のボールナットは、ロータの内周部に取り付けられているので、換言するとボールナットは可塑化用電動サーボモータと射出用電動サーボモータとの間にはないので、ボールナットの分は確実に軸方向に短くなりコンパクトになっている。また、本発明によると運動方向変換手段はボールネジとボールナットとからなり、ロータはボールナットに取り付けられているので、ボールネジの一部は成形サイクル毎に高温になっている射出用電動サーボモータから外部へ出る。したがって、ボールネジは大気によりその都度冷却され、より安価なグリスにより低ランニングコストで成形できる。また、従来のように、スプライン機構がないので、安価に製作できる効果も得られる。

また、他の発明によると、可塑化用電動サーボモータは、可塑化用のモータケーシング内に取り付けられているステータと、該ステータと対をなして前記ステータに対して回転自在に設けられているロータとからなり、前記可塑化用のモータケーシングは、該ケーシングの外部に位置する前記枠体に回転方向に規制された状態で軸方向に移動可能に設けられているので、すなわち従来のスプライン機構に相当する部分がモータケーシングの外部に位置するので、安価に製作できると共に、耐熱性等の特殊な高価なグリスを必要としない効果が、前記したような効果に加えてさらに得られる。

本発明の実施の形態に係る電動式射出成形機の駆動装置を示す断面図である。従来の駆動装置を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図１により説明する。本実施の形態に係る駆動装置は、図１において左方位置に示されている可塑化用の駆動部１と、右方位置に示されている射出用の駆動部２０とからなっている。そして、これらの駆動部１、２０は、スクリュ軸あるいはスクリュから後方へ一体的に延びている軸部Ｓと軸心方向に整合している。可塑化用の駆動部１を構成している可塑化用電動サーボモータは、従来周知のようにステータ３と、このステータ３と電磁気的に対をなすロータ４とからなっている。ステータ３は、可塑化用のモータケーシング５の内周面に取り付けられている。このモータケーシング５の外周部には、複数個、本実施の形態では２個の円筒状のスライド部材６、６が円周方向に１８０度の間隔をおいて固定されている。これらの円筒状のスライド部材６、６が挿通され軸方向にスライド的に案内するガイド棒７、７は、所定間隔に配置されている左右の枠体８、８にナットにより固定されている。ガイド棒７、７が固定的に設けられているので、可塑化用のモータケーシング５は軸方向には摺動的に移動できるが、回転はできない。すなわち、ステータ３は回転方向に対しては固定的である。

可塑化用のモータケーシング５の内側に、同心的に可塑化用の出力軸１０が設けられている。可塑化用の出力軸１０は、本実施の形態では半径外方に位置する第１の筒状回転部材１１と、この第１の筒状回転部材１１の内側に位置する同様な第２の筒状回転部材１２と、これらの筒状回転部材１１、１２の一方の端部を接合している接合部１３とからなっている。第１の筒状回転部材１１の外周部に、ステータ３と対をなすロータ４が取り付けられ、第２の筒状回転部材１２の内周面に軸受１７、１７、…の外輪が圧入されている。これにより、可塑化用の出力軸１０は後述するボールネジ３２に対して回転自在である。この可塑化用の出力軸１０の前端部に力伝達部材１５が一体的に取り付けられている。この力伝達部材１５とスクリュの軸部Ｓは機械的なカップリング１６により結合され、スクリュの軸部Ｓに回転方向の力と、後述する軸方向の力とを伝達するようになっている。

射出用の駆動部２０を構成している射出用電動サーボモータも、従来周知のように、軸方向に所定長さのステータ２３と、該ステータ２３と電磁気的に対をなすロータ２４とを備えている。本実施の形態ではステータ２３の方が射出用のモータケーシング２５の内周面に取り付けられている。モータケーシング２５は、枠体８に固定されている軸受部材２６を介して設けられている。したがって、ステータ２３は枠体８に固定されていることになる。このように構成されている射出用のモータケーシング２５あるいはステータ２３の内側に同心的に射出用の出力軸３０が設けられている。

射出用の出力軸３０は、本実施の形態ではボールナット３１からなっている。ボールナット３１は、射出用のモータケーシング２５と軸方向に略同じ長さを有し、その端部はモータケーシング２５の軸受２７および軸受部材２６の軸受２８、２９等により回転自在に軸受けされ、そしてその外周部にロータ２４が取り付けられている。上記ボールナット３１は、回転方向の運動を直線方向の運動に変換する運動方向変換装置の一部を構成している。

前記ボールナット３１と共働して運動方向変換装置を構成しているボールネジ３２は、軸方向に所定長さを有し、前方端は第２の筒状回転部材１２の方まで延び、その端部に軸受１７、１７、…の内輪が固定されている。軸受１７、１７、…の外輪には、前述したように第２の筒状回転部材１２の内周面が圧入されているので、第２の筒状回転部材１２したがって可塑化用の出力軸１０はボールネジ３２に回転自在に軸受けされていることになる。可塑化用のモータケーシング５の側部材１４の中心部は、ボールネジ３２に固着されている。したがって、ボールネジ３２は可塑化用のモータケーシング５と共に軸方向に移動するだけで回転はしない。

次に上記実施の形態の作用について説明する。ペレット状の成形材料を可塑化するときは、可塑化用電動サーボモータを駆動する。そうすると、ロータ４したがって出力軸１０が回転し、その回転力は力伝達部材１５、カップリング１６等を介してスクリュの軸部Ｓに伝達される。図示されないスクリュは回転駆動され、従来周知のようにして可塑化され、同様に図示されないシリンダバレルの前方の計量室に蓄積される。蓄積される溶融樹脂の圧力により、スクリュはカップリング１６、力伝達部材１５、第２の筒状回転部材１２等を介してボールネジ３２を後退させる。このとき、可塑化用のモータケーシング５は、その円筒状のスライド部材６、６がスライド棒７、７により案内されて後退する。ボールネジ３２の後退により、ボールナット３１したがってロータ２４は逆転する。サックバックしながら可塑化するときは射出用電動サーボモータを駆動する。そうすると、そのロータ２４したがってボールナット３１が所定方向に回転し、これに噛み合っているボールネジ３２が図１において右方へ後退する。ボールネジ３２が後退するので、スクリュは軸受１７、１７、出力軸１０の第２の筒状回転部材１２、力伝達部材１５およびカップリング１６を介して後方へサックバックされる。

上記のようにして所定量可塑化したら、射出用電動サーボモータを駆動する。そうすると、そのロータ２４したがってボールナット３１が所定方向に回転し、これに噛み合っているボールネジ３２が図１において左方へ前進する。ボールネジ３２が前進するので、スクリュは軸受１７、１７、…、出力軸１０の第２の筒状回転部材１２、力伝達部材１５およびカップリング１６を介して前進する。すなわち、射出方向に駆動される。この駆動により、図示されない型締された金型のキャビティに溶融樹脂が射出・充填される。金型を開いて成形品を得る。

本実施の形態は、変形が可能である。例えば、可塑化用の駆動部１は、図２に示されている従来例のように、ロータの回転運動をスプライン機構によりスクリュの軸部Ｓに伝達するように実施することもできる。このように実施しても、射出用の駆動部２０のボールナット３１はステータ２３の内側に設けられているので、駆動装置の軸方向は短くなり全体としてコンパクトになる。また、射出用の駆動部２０にはスプライン機構はなく、ボールネジ３２は成形サイクル毎にロータ２４あるいはボールナット３１から外部へ出るので、大気により冷却される。したがって、安価なグリスでボールネジ機構を潤滑することができる。

１可塑化用の駆動部３ステータ
４ロータ５可塑化用モータケーシング
６円筒状のスライド部材７ガイド棒
８枠体１０可塑化用の出力軸
１５力伝達部材１７軸受
２０射出用の駆動部２３ステータ
２４ロータ２５射出用のモータケーシング
３０射出用の出力軸３１ボールナット
３２ボールネジ

Claims

可塑化用電動サーボモータと射出用電動サーボモータとを備え、これらのモータのロータからなる出力軸が電動射出成形機のスクリュ軸に、軸方向に直列的に整合して機械的に接続され、前記可塑化用電動サーボモータのロータにより前記出力軸が回転駆動されると、前記スクリュ軸が回転駆動され、前記射出用電動サーボモータのロータにより前記出力軸が回転駆動されると、ボールネジと該ボールネジに螺合しているボールナットとからなる運動方向変換手段により、前記スクリュ軸が軸方向に駆動されるようになっている駆動装置であって、
前記射出用電動サーボモータは、固定的な枠体に取り付けられているステータと、該ステータと対をなして前記ステータに対して回転自在に設けられているロータとからなり、前記運動方向変換手段のボールナットは、前記ロータの内周部に取り付けられていることを特徴とする、電動式射出成形機の駆動装置。
請求項１に記載の駆動装置において、前記可塑化用電動サーボモータは、可塑化用のモータケーシング内に取り付けられているステータと、該ステータと対をなして前記ステータに対して回転自在に設けられているロータとからなり、
前記可塑化用のモータケーシングは、該ケーシングの外部に位置する前記枠体に回転方向に規制された状態で軸方向に移動可能に設けられていると共に、前記出力軸は前記スクリュ軸に機械的に接続されている、電動式射出成形機の駆動装置。
請求項２に記載の駆動装置において、前記可塑化用のモータケーシングの外周部には円周方向に所定の間隔をおいて複数個のスライド部材が設けられ、該スライド部材が前記枠体に取り付けられている複数本のガイド棒のそれぞれに挿通されて軸方向に案内されるようになっている、電動式射出成形機の駆動装置。